第一章第二章习题课

第一章 第二章习题课

1、缺陷的分类 2、书写缺陷反应式应遵循的原则 3、缺陷浓度计算 4、固溶体的分类及形成条件 5、研究固溶体的方法 6、非化学计量化合物

Frankel缺陷 Schottky缺陷热缺陷点缺陷杂质缺陷非化学计量结构缺陷（电荷缺陷）

非化学计量化合物类型： 阴离子缺位型阳离子填隙型阴离子间隙型阳离子空位型

在298K时， 在1873K时， (b) 由此可知而在1873K时所以此时热缺陷占优势。 1.(a) 在CaF2晶体中，Frankel缺陷形成能为2.8eV，Schottky缺陷的生成能为5.5eV，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度？ (b) 如果CaF2晶体中，含有10－6的YF3杂质，则在1600℃时， CaF2晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？说明原因。解：(a) 由题可知， Frankel缺陷形成能 < Schottky缺陷的生成能由知， Frankel缺陷浓度高，因而是主要的。

2. 试写出下列缺陷方程

3. 高温结构材料Al2O3可以用ZrO2来实现增韧，也可以用MgO来促进Al2O3的烧结。 (a) 如加入0.2mol% ZrO2,试写出缺陷反应式和固溶分子式。 (b)如加入0.3mol% ZrO2和Xmol%MgO对进行复合取代，试写出缺陷反应式、固溶分子式及求出X值。解：(a) 缺陷反应式： 2 : 2 : 1 0.002 : 0.002 : 0.001 (b) 缺陷反应式为 2 : 2 : 1 X : X : X/2 所以固溶分子式为：Al1.998Zr0.002O3.001 复合取代反应式为 1 : 1 1 : 1 : 1/2 : 1/2 0.3%: X 0.3% : X : X/2 : 0.15% 根据电中性原则 X＝0.3% 所以固溶分子式为Al1.994Zr0.003Mg0.003O3

1 : 2 : 1 a : 2a : a 其化学式为： Fe1－2a－aFe2a O  2a/1－3a＝0.1  a = 0.044 X＝1－a ＝0.956 注：1＋X为正常结点数。 4. 非化学计量化合物FexO中，Fe3+/Fe2+＝0.1,求FexO中空位浓度及x值。分析： FexO是Fe2O3溶解在FeO中的非化学计量化合物，先写出缺陷方程式，然后根据Fe3+/Fe2+＝0.1计算。解：缺陷反应式：

2 : 1 : 1 0.25 : 0.125 : 0.125 固溶分子式： Zr0.875Ca0.25O2 1 : 1 : 1 0.25 : 0.25 : 0.25 固溶分子式： Zr0.75Ca0.25O1.75 5. 用ZrO2和0.25molCaO 制成固溶体，测得晶胞参数 a0＝0.5153nm，密度为＝5.184g/cm3， ZrO2为萤石结构，问主要缺陷形式是何种？分析：写出可能的缺陷反应式及固溶体分子式，然后计算相应的理论密度，最后把计算密度与实测密度相比确定缺陷形式。解：缺陷反应式或比较，看谁与接近即为所对应的缺陷类型。

1 : 2 0.02% : 0.04% 2 : 2 : 1 0.5% : 0.5% : 0.25% 6. 一块金黄色的人造刚玉，化学分析结果认为，是在Al2O3中添加了0.5mol％NiO和0.02mol%Cr2O3。试写出缺陷反应方程(置换型)及化学式。解：缺陷反应式为固溶体的化学式为： Al2－0.5％－0.04%Ni0.5%Cr0.04%O3－0.25% 即 Al1.9946Ni0.005Cr0.0004O2.9975

7. 填空题 (1) 晶体产生Frankel缺陷时，晶体体积，晶体密度；而有Schottky缺陷时，晶体体积 ,晶体密度。一般说离子晶体中正、负离子半径相差不大时，是主要的；两种离子半径相差大时，是主要的。 (2) AgBr在适当温度时产生Frankel缺陷时，用缺陷反应表示为，[Agi.]=；在MgO中形成Schottky缺陷时，缺陷反应式为，＝。 (3) 少量CaCl2在KCl中形成固溶体后，实测密度值随 Ca2+离子数/K＋离子数比值增加而减少，由此可判断其缺陷反应式为。 (4) 写出缺陷反应式

答案：(1) 不变不变变大变小 Schottky缺陷 Frankel缺陷 (2) Kexp(-Gf/2RT) (3) (4)

简答： 从结构的角度论述，何谓固溶体、置换固溶体，并讨论置换固溶体的形成条件。

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